Nobelpreis für Physik 2023 bekannt gegeben, drei Wissenschaftler gewinnen für Attosekunden-Lichtimpulse

Laut Nachrichten dieser Website vom 3. Oktober wurde bekannt gegeben, dass der Nobelpreis für Physik 2023 an Pierre Agostini, Ferenc Kraus und Anne Lhuillier in Anerkennung ihrer Beiträge zur Erforschung der experimentellen Methode zur Erzeugung von Attosekunden-Lichtimpulsen verliehen wird Elektronendynamik

Offiziell erklärt, dass „ihr Beitrag es Menschen ermöglicht, extrem kurze Prozesse zu untersuchen, die vorher nicht verfolgt werden konnten“, und das Preisgeld von 11 Millionen schwedischen Kronen (Anmerkung von dieser Website: ungefähr 7,3 Millionen Yuan) wird zu gleichen Teilen unter den Teilnehmern aufgeteilt drei Gewinner.

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften sagte, dass drei Physiker „eine Methode zur Erzeugung extrem kurzer Lichtimpulse demonstriert haben, mit denen der schnelle Prozess der Elektronenbewegung oder Energieänderung gemessen werden kann“, was „die Tür für die menschliche Erforschung der Elektronik öffnet“. Die Welt im Innern von Atomen und Molekülen eröffnet neue Wege.

Da die Zeitskala für die Beobachtung der Welt durch Menschen das Attosekundenniveau (as, 10^-18 s) erreicht hat, kann die räumliche Auflösung, die Menschen beobachten können, auch die atomare Skala (0,1 nm) erreichen. und im Subsekundenbereich (einschließlich beispielsweise des Aufbrechens und Neuaufbaus molekularer Bindungen).

Auf dieser Zeit- und Raumskala verschwimmen die Grenzen der menschlichen Forschung in Biologie, Chemie und Physik immer mehr, da die Wurzel dieser mikroskopischen Phänomene in der Bewegung von Elektronen liegt.

Daher entstanden Attosekunden-Lichtimpulse. Die Entstehung des Attosekunden-Pulslasers gilt als einer der wichtigsten Meilensteine ​​in der Geschichte der Laserwissenschaft, und seine Anwendungsaussichten sind unermesslich. Er ist mittlerweile zu einer wichtigen Forschungsmethode in vielen Bereichen wie Physik, Chemie und Biologie geworden.

Normalerweise unterteilen wir Laser anhand ihrer Leuchtdauer in kontinuierliche Laser und gepulste Laser. Gepulste Laser senden Lichtimpulse in einer Reihe kleiner Intervalle aus und ihre Spitzenleistung ist sehr hoch. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Lasertechnologie nimmt auch die Impulsbreite von Lasern ständig ab. Im Jahr 2001 nutzte die Forschungsgruppe von Ferenc Kraus experimentell erfolgreich Gasharmonische höherer Ordnung, um einen einzelnen optischen Impuls mit einer Impulsbreite von 650 as zu erzeugen, wodurch die optische Impulsbreite erstmals das Attosekundenniveau erreichte und später ihre Breite weiter durchbrach. Beispielsweise erzielte das Xi'an-Institut für Optik und Mechanik meines Landes wie im Jahr 2021 eine Attosekunden-Generierung optischer Impulse und Messergebnisse von 75.

Sie sollten inzwischen verstanden haben, dass es sich bei dem Attosekunden-Lichtimpuls um einen Lichtimpuls mit extrem kurzer Leuchtdauer handelt und seine Impulsbreite weniger als 1 fs (Femtosekunde, also 10-15

) beträgt S). Es ist derzeit erwähnenswert, dass Attosekunden-Pulslaser hauptsächlich durch Harmonische höherer Ordnung realisiert werden, die von Femtosekundenlasern (auch ultraschnelle und ultraleistungsstarke Laser genannt) erzeugt werden, die auf Inertgas einwirken.

Attosekunden-Lichtpulse Die Entstehung dieser Technologie ermöglicht es den Menschen Kombinieren Sie ultrahohe Zeitauflösung auf der Attosekundenebene und ultrahohe räumliche Auflösung auf atomarer Ebene, um den Traum zu verwirklichen, extrem ultraschnelle Prozesse in der atomaren und subatomaren mikroskopischen Welt zu kontrollieren und zu verstehen.

Angesichts seines enormen potenziellen Anwendungswerts haben die USA, Europa, Japan usw. die Attosekundenlasertechnologie als eine der wichtigsten Entwicklungsrichtungen für die Entwicklung der Laserwissenschaft in den nächsten 10 Jahren aufgeführt.

Vor der Entstehung von Attosekunden-Lichtimpulsen war die theoretische Grundlage für die Erzeugung von Ultrakurzpulslasern immer Einsteins durch den Energieniveauübergang stimulierte Emission. Nach der Theorie der stimulierten Emission können sich Elektronen auf dem gebundenen Energieniveau nur in der Nähe des Kerns bewegen und die gespeicherte Energie ist begrenzt. Im Allgemeinen liegt die Wellenlänge, die den von den Übergängen des oberen und unteren Energieniveaus emittierten Photonen entspricht, in der Nähe des sichtbaren Lichts. Die optische Periode des sichtbaren Lichts liegt im Allgemeinen über 1 fs, was offensichtlich schwierig zu verwenden ist, um weitere kürzere Attosekunden-Lichtimpulse zu erzeugen.

Derzeit verwenden Menschen hauptsächlich Attosekunden-Lichtimpulse, um die ultraschnelle Elektronendynamik in Atomen und Molekülen zu untersuchen. Zu den physikalischen Phänomenen von Atomen gehören hauptsächlich die intraatomare Elektronenionisation, der Mehrelektronen-Auger-Zerfall, die Relaxation und Bildgebung von Elektronen usw Die Forschung an Molekülen konzentriert sich hauptsächlich auf den Dissoziationsprozess und die Kontrolle von Molekülen, die Kopplung von molekularer Schwingung und Rotation mit ultraschneller Elektronenbewegung usw.

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